【新语丝电子文库(www.xys.org)(www.xys2.org)】 ———————————————— （选自《进化新篇章》，方舟子著，湖南教育出版社2001年4月出版，25万字，284页， 94幅插图，国际书号：753553354x） 生命究竟是什么？ ·方舟子· （一） 生命是什么？这似乎并不是一个难题。每个人都很容易区分生命和非生 命，因为生命有着显而易见的特征：生长、发育、繁殖。但是这仅仅是表面的 现象。我们要问个究竟的，乃是导致了这些现象的生命的本质。 古代东方圣贤对这个问题的回答是令人难堪的沉默。或许他们根本就没有 想过要问这种看上去没有实际意义的庸人自扰的问题，这或者正是科学没能在 东方诞生的一个因素。但是，象现在的某些流行观点那样，把科学的诞生归功 于犹太－基督教的一神论传统，是完全错误的。科学有更为伟大的来源：古希 腊的理性思辨。当亚里斯多德以超凡的博学审思考察世界万物时，生命是什么 这个问题也摆在了他的面前。在他看来，生命的本质，是由于有灵魂：植物有 营养灵魂，动物有感觉灵魂，而只有人类才有理性灵魂。在西方渡过了蒙昧的 中世纪，重新发现古希腊的经典著作之后，亚里斯多德对生命的看法，就象他 的其他教导，被捧为真理。到了十七世纪，才有法国哲学家笛卡尔挑战亚里斯 多德的教导。笛卡尔的挑战，表面上看来乃是出于神学的理由：灵魂是不灭的， 如果动、植物也有灵魂，意味着它们在死后也将上天堂，而这是不可接受的。 所以，笛卡尔认为，只有人才有灵魂，而其他生物是没有灵魂的。那么，它们 是什么呢？是自动运转的机器。这种结论，实际上是时代的产物。这时候的西 方，正进入所谓“科学革命”时代，时钟之类的自动机器代表着此时的最高技 术成就。笛卡尔的论断，正是这个正在兴起的机械世界的反映。因此，笛卡尔 的机械主义风靡一时，并且在无神论兴起后，又有了进一步的发展。在当时的 无神论者看来，既然并不存在不灭的灵魂，人和动物也就没有本质的差别，也 就是说，人也是机器。这种极端的机械主义，在法国哲学家拉美特利在1749年 出版《人是机器》一书时，达到了顶峰。 这当然是一种过于简单化的类比，毕竟，再自动化的机器也无法象生物那 样生长、发育和繁殖。在进入十九世纪之后，随着物理学和化学的发展，机械 主义便被更为精致的物理主义所取代。生命不再被当成简单的机械运动，而是 更为复杂的物理过程，特别是动力学、热力学和电磁学反应过程。物理主义者 相信，用生物体内的原子运动、力的相互作用和能量变化，可以解释一切的生 命现象。在这种观念的指导下，物理主义者发明了种种仪器用于测量生理反应， 对生理学的研究做出了巨大的贡献，例如，施莱登提出细胞学说，赫尔姆亥兹 测定生命运动遵循能量守恒定律而不存在神秘的力，以及杜布瓦－莱蒙德 （DuBois-Reymond）发现神经电流，等等。成就无疑是巨大的，但是这种仍然 过于简略的思维也使物理主义者错过了重要的发现。比如，在瑞士生理学家米 歇尔（F.Miescher）看来，精子在生殖中的功能，只是起着促使细胞分裂的机 械作用，这使得他在1869年发现核酸时，当时的人，包括他本人，都未能意识 到他的发现在遗传学上的重大意义。 生理学家们较多地受到机械主义、物理主义的影响，而对于那些亲身观察、 感受到生物世界的奇妙的博物学家来说，将生命和非生命混为一谈，是难以忍 受的。事实上，在《人是机器》一书发表的第二年，在伦敦就有人匿名发表了 《人不是机器》与之针锋相对。起初，这种对抗只是神学和形而上学的思辨。 随着物理主义对生物学的研究在十九世纪开花结果，博物学家们也被迫去寻找 一种具有科学意义的观念，这样，就有了所谓“活力主义”。活力主义者承认 物理、化学作用可以部分地解释生命现象，但是，生命还有自己特殊的物质或 力。活力主义一开始就是以对抗机械主义、物理主义的形式出现的，在活力主 义者当中，具体见解多种多样。有的认为生命有一种特殊的物质，被称为“原 生质”，细胞质就被认为是由原生质组成的。由于原生质被认为有一种特殊的 “胶质态”，甚至有一门新的学科，“胶质化学”，被创立起来专门研究这种 状态。有的认为生命当中存在一种特殊的不遵循物理定律的力，被称为“活 力”。更有人认为生物具有灵力、意志力。许多的活力主义者同时也是目的论 者，相信生命是为了某种确定的目的而存在。 物理主义者和活力主义者其实有相同之处。从某种意义上说，他们只是在 玩文字游戏。对无法具体解释的现象，物理主义者泛泛地用“运动”、“能量” 说明，“运动”和“能量”成了打开所有生命之门的万能钥匙。如果我们把 “运动”、“能量”改成“活力”，这样的解释，可以很方便地转换成活力主 义。但是，即便如此，物理主义和活力主义还是有着根本的分歧：物理主义者 相信未知的“运动”、“能量”可以通过科学研究的方法在将来得到阐明，而 许多活力主义者相信“活力”乃是一种超出科学研究范围的神秘力量。这种以 蒙昧区域为自己的领地的观念注定是要节节败退的。进入二十世纪之后，随着 生物化学和遗传学的创立和发展，活力主义不可避免地衰落了。细胞质被发现 是由细胞器、大分子、膜等多种组分组成的，并不存在一种特殊的原生质，所 谓的胶质态可以用生物化学解释，“原生质”一词和“胶质化学”一起消失了。 以前被认为存在“活力”的“神秘”现象，逐渐地都可以在分子和细胞水平上 用物理、化学的反应加以解释，“活力”失去了存在的基础。达尔文的自然选 择学说最终被证实和广泛接受，也终结了与活力主义息息相关的目的论。到了 二十世纪三十年代，活力主义已在生物学界被完全抛弃了。具有讽刺意味的是， 在活力主义已在生物学家们当中失去市场之后，却有一批物理学家试图复活活 力主义，包括伟大的物理学家波尔和薛定谔。他们认为在生物体中存在着特殊 的未知的物理定律，只在生物体中起作用。 同样讽刺的是，在二、三十年代，受到物理主义成就的鼓舞，一批生物学 家相信物理学的最新成果，比如相对论、量子力学的原理，也将会在生物学当 中得到应用。这个愿望也落空了。生物学家们逐渐认识到，对生命现象而言， 化学作用是远比物理作用更为重要的因素。生命现象，主要地，应该在分子的 层次上用化学作用加以阐明，物理作用的直接影响是次要的。我们不妨说，物 理主义至此演变成了物理－化学主义。 （二） 从机械主义、物理主义到物理－化学主义，一脉相承，实际上都属于同一 个哲学阵营：还原主义。它相信，某一层次的现象，都可以通过分析较低一级 的各个组分的性质和相互作用而得到解释。这实际上是现代科学的一个传统： 用物理作用解释化学现象，用化学作用解释生命现象，用生物作用解释心理现 象，用心理作用解释社会现象。 活力主义所试图对抗的，正是这种还原主义的传统。在活力主义消亡之后， 又出现了整体主义或机体主义对抗还原主义。整体主义者承认生命中不存在违 背物理、化学原理的现象。但是，他们认为，整体大于部分的总和，当各个组 分有机地组合在一起形成整体时，即出现了新的性质，而这种性质，无法通过 分析各个组分的性质和相互反应推导出来。因此，生物体做为一个整体时，就 存在不可能用物理、化学作用来解释的新现象。当整体主义在二十世纪二十年 代首次被提出来代替活力主义的时候，只是做为一种形而上学的观念出现的， 并不具有科学意义。奥地利生物学家贝塔朗菲（L. von Bertalanffy）在四 十年代创立一般系统论，代表着试图将整体主义改造成科学工具的最初努力。 近年来开始崭露头角的盖娅论（Gaia），则是反抗还原主义的最新的几近绝望 的挣扎。 但是，所有的这些努力，对现代生物学的研究影响甚微。他们只是少数偏 爱哲学的学者以导师的身份所做的宣扬。他们所描述的那些整体现象，即使能 用数学语言定量地描述，也仅仅是对表面现象的描述，让人无法不怀疑其中可 能隐含着更深层的因素。生物学的发展史已一再告诉我们，许许多多曾经被认 为无法还原、分析的整体现象，以后都一一被还原、分析。我们在后面还会谈 到，发育生物学的最新成果，给了整体主义最为致命的一击。今天的生物学 家，特别是分子生物学家，基本上都是还原主义者，尽管他们自己也许并没有 意识到。今天的功能生物学的学术论文，也都是用还原主义的观点写成的。 不过，现代的还原主义者，很少是整体主义者所抨击的那种思维简单的机 械主义者。现代还原主义者，或多或少都有整体的观念。与整体主义者所丑化 的相反，现代还原主义者并不是孤立地研究各个组分、只见树木不见森林的盲 目的笨蛋。现代生物学的研究，十分注重研究整体内各个组分之间的相互关系； 各组分的性质，正是通过与其他组分的反应而体现出来的。如果我们将某个组 分分离出来研究，那也是为条件所限的不得已的尝试，并不是说我们有意忽视 该组分在整体中的作用。现代还原主义者也承认，当各个组分被有机地组合在 一起成为整体的时候，出现了新的性质。但是，还原主义者和整体主义者的分 歧在于，整体主义者认为整体的新性质无法通过研究各个组分的相互关系而推 导出来，而还原主义者却认为整体的新性质正是各个组分的相互作用的结果， 因此是可以推导的。现代还原主义者相信，通过研究生物体内的各个组分的物 理、化学作用，可以解释生物体的一切功能。物理、化学原理对研究生物体的 功能，是充分的，也是必要的。只有当我们需要研究这些功能的起源时，才需 要加入新的、独立于物理、化学原理的原理。这个原理，就是自然选择。 （三） 生物体对环境的适应性，曾经是活力主义者反对物理主义的一大依据。他 们认为，适应性是无法用物理、化学原理解释的，因此乞灵于目的论，认为宇 宙间存在着一种目的，为了达到此一目的，一种超自然的神秘的力量，不管那 是神、绝对精神、意志力还是别的什么东西，引导着生物去适应环境。 达尔文对此的回应是自然选择。生物体对环境的适应，乃是“适者生存” 的自然选择长期作用的结果。这是一个完全自然的、无意识的过程，不存在任何 超自然的因素。但是，自然选择是不可能从物理、化学原理推导出来的，它是 一个独立的自然定律。自然选择是基于以下四个充分且必要的条件推导出来， 并被观察和实验所证实的： 第一，具有能够产生后代的繁殖能力； 第二，具有遗传能力，后代对上一代有所继承； 第三，一个群体中的个体之间存在着变异； 第四，个体的变异能够影响它们的生存或繁殖能力，并且这样的变异能够 遗传。 自然选择要发生，必须具备这四个条件，而只要符合了这四个条件，自然 选择就必然发生了：具有可遗传的优势变异的个体，更有机会留下更多的后代。 如果每一代都经过类似的选择，那么该优势变异将完全取代了相对的其他变异， 进化就发生了。 目前我们在自然界中只发现生命符合这四个条件，因此自然选择只对生命 起作用。那么，自然选择是不是生物体做为一个整体时，才出现的新的性质呢？ 回答是否定的。实验已证实，对那些具有自我复制能力的生物大分子，即使被 从细胞中分离出来放在试管中培养，自然选择同样会起作用。核糖核酸（RNA） 在一种复制酶的催化下，可以在试管中自我复制、扩增，但在复制过程中会发 生错误，导致它的后代存在变异，不同的变异具有不同的复制速度。如果我们 将某段核糖核酸在试管中扩增一定时间后，将产物的一小部分转移到新的试管 中继续扩增，如此转移多次后，所得的产物都只剩下了一种与最初的核糖核酸 不同的、特定的核糖核酸序列（图1－1）。不管最初加入的核糖核酸的序列是 什么样的，在一定的条件下，最后所得到的核糖核酸序列都是一样的。这是可 以反复测试，而不是偶然的结果。很显然，最后的产物必定是那种复制速度最 快的序列。这是在自然选择的作用下所发生的分子化学进化。我们可以设想， 在生命起源的某个阶段，也经过了类似的进化。 必须指出，达尔文主义也是还原主义的。它把生物新类群的进化（所谓大 进化）还原成了新种生成，把新种生成还原成了群体中基因频率的改变，把群 体的改变还原成了个体的生存、繁殖能力，最后，个体的生存、繁殖能力又被 还原成了基因的作用。毫不奇怪，当今最强硬的达尔文主义者，象美国生物学 家爱德华·威尔逊（Edward O. Wilson）、英国生物学家里查德·道金斯 （Richard Dawkins），同时也是最强硬的还原主义者。 （四） 活力主义者反对物理主义的另一大依据，是生物胚胎发育的定向性。德国 胚胎学家杜里舒（Hans Driesch）原来是个物理主义者，但是对生物胚胎的实 验，却使他转变成了一个极端的活力主义者。其中一个关键的实验是：当海胆 的受精卵分裂成两个细胞时，强行将它们分开分别发育。在物理主义看来，发 育只是纯粹的物理作用，将两个胚胎细胞分开，就象把一台机器劈成两半，最 后所得的应该是幼体的两半。有些动物的胚胎发育的确如此，比如将海鞘最初 的两个胚细胞分开，它们将象没有分开一样，各发育成两个半个的海鞘幼体。 但是杜里舒发现，海胆的发育却不是这样的，两个分开的胚细胞，独自发育成 了较小的、然而完整的幼体（事实上这是大多数动物包括人的发育方式。同卵 孪生子就是大自然所做的这种实验）。这就象是想把一台机器劈成两半，结果 发现得到的是两台较小的、然而完整的机器。杜里舒认为，这是用物理、化学 作用所无法解释的。在生命中，必定存在一种神秘的因素，指导着细胞去完成 “整体原则”的既定目标。杜里舒将这种超自然的神秘因素，称为隐德来希 （entelecheia），这是从亚里斯多德的著作中借来的一个希腊词汇，意思是 “完成”。杜里舒认为，隐德来希就是生命的本质。 在活力主义消亡之后，胚胎发育的定向性也一直是整体主义者攻击还原主 义的最有力的武器。还原主义者的回应是：那是基因控制之下的物理、化学过 程。然而，没有实验的支持，这种空泛的反击是苍白无力的。不幸的是，一直 到十年前，我们对一个受精卵是如何经过细胞分裂、分化而逐步发育成幼体的， 几乎还一无所知。生物的发育机制，一向被称为生物学的最后一个谜团。二十 世纪的最后十年，随着分子生物学手段被应用于发育生物学的研究，这个谜团 被逐步解开了。其结果表明，还原主义再一次赢了。 在此自然无法详细地介绍这一系列激动人心的、日新月异的发现。但我还 想举出一个例子。早在1969年，沃尔坡特（Lewis Wolpert）提出了一个基因表达 的模型：不同基因的表达被由化学信号的浓度梯度所打开或关闭，而浓度梯度 可以通过扩散产生。他把这个模型比喻为绘制法国国旗。假定你要在一个细胞 层上发育出一面红白蓝三色旗，最简单的办法是先用扩散制造出一个浓度梯度： 让化学信号从顶端开始往下扩散开去。然后，让不同的基因对不同浓度的化学 信号起反应：在上面，控制生产红色素的基因在高浓度的信号下表达；在底下， 控制生产蓝色素的基因在低浓度的信号下表达；中间则不生产色素，成为白色。 以后的发现表明，果蝇胚胎的早期发育，的确采用的是这种模式。卵巢营养细 胞中Bicoid基因最早表达，转录信使RNA。这些信使RNA抵达受精卵的前端，在 那里被翻译成Bicoid蛋白质。这种蛋白质从受精卵的前端向后端扩散，形成了 浓度梯度。三组不同的基因对应不同的蛋白质浓度，被打开和关闭，它们又进 一步打开和关闭其他的基因，信号被逐级放大。 一点也不神秘。这的确是一个基因控制的物理、化学过程，而基因控制乃 是自然选择的结果。在解决了还原主义的最后一个难题之后，我想我们可以明 确回答生命究竟是什么了：生命，就是自然选择作用下的物理、化学现象。 ———————————————— 【新语丝电子文库(www.xys.org)(www.xys2.org)】